Influencia de la temperatura y la velocidad de solicitación en las propiedades mecánicas de copolímeros etileno-propileno

Abstract

El polipropileno es un material polimérico termoplástico que presenta elevada rigidez y baja densidad, gran durabilidad, alta resistencia química, así como la posibilidad de ser reciclado. Estas propiedades hacen que el PP y sus derivados encuentren aplicaciones en distintos sectores industriales, pero su aplicación como material estructural está limitado por su elevada temperatura de transición vítrea, lo que implica un comportamiento frágil a temperaturas por debajo de los 0ºC. El PP homopolímero es un material semicristalino. La morfología del polipropileno está intimamente relacionado con la estructura molecular y con el procesado. El comportamiento del polipropileno a bajas temperaturas y / o condiciones de impacto se puede mejorar mediante la adición de segundas fases poliméricas o mediante la copolimerización con otra poliolefina como el polietileno. Los copolímeros etileno-propileno en bloque presentan una mejora importante de la tenacidad de fractura y de la ductilidad respecto del polipropileno homopolímero, a pesar de que la resistencia del copolímero es ligeramente inferior. En el presente proyecto se realizó una campaña de ensayos de tracción con una maquina de ensayos electromecánica universal con el fin de evaluar la influencia de la temperatura y la velocidad de solicitación sobre las propiedades mecánicas de distintos copolímeros en bloque etileno-propileno. Posteriormente se realizó un estudio mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) de las superficies de fractura. La caracterización mecánica mediante ensayos de tracción permite determinar distintas propiedades mecánicas de los materiales como la tensión y deformación de cedencia, el módulo elástico, el coeficiente de Poisson, el módulo de cizalladura y la compresibilidad. En los ensayos de tracción es necesario medir la deformación. Esta medida se ha realizado tradicionalmente con extensómetros de contacto, aunque existen otras técnicas como la extensometría digital. La extensometría digital permite seguir el comportamiento de todo el material durante una solicitación mecánica, obteniéndose una información mucho más rica del comportamiento mecánico del material. Además, la extensometría digital puede ser aplicada en un rango de condiciones de velocidad de solicitación y temperatura muy amplio al tratarse de una técnica extensométrica sin contacto basado en la correlación digital de imágenes. El empleo simultáneo de estas dos técnicas permite comparar los resultados obtenidos, estableciendo las limitaciones de cada una de ellas. Los copolímeros estudiados presentan diferencias en las propiedades estructurales y morfológicas como el contenido de etileno, el peso molecular o el grado de cristalinidad. Comparando los resultados obtenidos para cada uno de los copolímeros es posible estudiar las características morfológicas y estructurales que proporcionan mejores propiedades mecánicas al material: ¿ Un índice de cristalinidad mayor implica mayor rigidez del copolímero. ¿ El contenido de etileno implica menor rigidez y resistencia y una mayor ductilidad ¿ El peso molecular elevado implica una mayor resistencia y rigidez. Además, las cadenas largas permiten una mayor capacidad de deformación. Además, el análisis de las superficies de fractura permite determinar el mecanismo de deformación y rotura responsable del fallo mecánico en el material en las condiciones de ensayo, fundamental para preveer su comportamiento como material estructural. La velocidad de solicitación y la temperatura son factores clave en el comportamiento mecánico de los materiales en general. Por ese motivo es importante determinar el comportamiento de los copolímeros en cada de una de las condiciones de solicitación: ¿ Para evaluar la influencia de la temperatura se realizan ensayos a distintas temperaturas (23, 0,-40,-80 y -120ºC). A -80ºC y -120ºC no puede emplearse el extensómetro de contacto, por lo que sólo fue posible el uso del vídeo extensómetro para la medida de la deformación. Los materiales poliméricos son más resistentes y menos dúctiles a bajas temperaturas, especialmente por debajo de su temperatura de transición vítrea. ¿ Se realizaron ensayos a distintas velocidad de deformación (0.04, 0.4 y 4 min-1, correspondientes a una velocidad de solicitación mecánica de 1,10 y 100 mm/min.). Altas velocidades de solicitación implican un aumento de la rigidez y menor capacidad de deformación. ¿ El aumento de la velocidad de solicitación equivale a una disminución de la temperatura en las propiedades mecánicas, respondiendo a la equivalencia tiempo-temperatura.